Uma das principais funções do sistema nervoso autônomo é a manutenção do ambiente interno, ou seja, a manutenção da homeostase.

Quando estímulos internos sinalizam a necessidade de uma determinada regulação, o SNC ativa o sistema autônomo, que realiza as ações compensatórias. Como exemplo, quando há um súbito aumento da pressão arterial, o conjunto de barorreceptores aciona o sistema nervoso autônomo, para que este possa restabelecer a pressão aos níveis de antes da perturbação.

O sistema nervoso autônomo não responde apenas a estímulos internos; ele está apto também a participar de respostas apropriadas e coordenadas a estímulos externos.
O SNA divide-se em sistema nervoso simpático e sistema nervoso parassimpático, que são constituídos basicamente por uma via motora com dois neurônios, sendo um pré-ganglionar (cujo corpo se encontra no sistema nervoso central) e outro pós-ganglionar (cujo corpo se encontra em gânglios autônomos).

No sistema simpático, logo depois que o nervo espinhal deixa o canal espinal, as fibras pré-ganglionares abandonam o nervo e passam para um dos gânglios da cadeia simpática, onde farão sinapse com um neurônio pós-ganglionar.

No sistema parassimpático, as fibras pré-ganglionares normalmente seguem, sem interrupção, até o órgão que será controlado, fazendo então sinapse com os neurônios pós-ganglionares. Dessa maneira percebe-se que os neurônios pré-ganglionares do simpático são curtos e os pós-ganglionares são longos; no parassimpático ocorre o inverso. Já o sistema nervoso entérico apresenta seus corpos celulares na parede do trato gastrointestinal.

Os neurônios pré-ganglionares do sistema simpático emergem dos segmentos tóraco-lombares (da região do peito e logo abaixo), ao passo que os do sistema parassimpático emergem dos segmentos céfalo-sacrais (da região da cabeça e logo acima dos glúteos).